[论文解读] Doubly-charged Negative Ion of C60 Molecule

A. Z. Msezane, A. S. Baltenkov|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2016

Atomic and Molecular Physics参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究利用狄拉克-泡状势阱模型和洛伦兹-泡状势阱模型中的变分法，研究了双电荷负离子（C60^2−）的存在性及其性质。结果表明，该体系存在一个总能量低于零的稳定束缚态，并估算出C60的第二电子亲和能约为1 eV；光致电子剥离截面表现出独特的阈值行为，包括首次剥离过程的指数级小截面和第二次剥离过程的幂律增长行为。

ABSTRACT

Within the Dirac- and Lorentz-bubble potential models an electronic structure of the doubly-charged negative ion has been studied by a variational method. It is shown that even in the first approximation of this method when a trial wave function of the two electrons is represented as a product of one-electron functions the total energy of the system is negative, a manifestation of the existence of a stable state of the doubly-charged negative ion in these models. The second electron affinity of C60 according to estimation is about 1 eV. The photodetachment cross sections of this ion have been calculated as well. Near threshold behavior of cross section is found to exhibit peculiar and interesting behavior. The first cross section accompanied by the transformation of the doubly-charged negative ion into a singly-charged one is exponentially small near the process threshold. The second cross section corresponds to the photodetachment of a singly-charged ion; it increases at the threshold as a power function of the kinetic energy of the photoelectron. These cross sections are of the same order as the photodetachment cross sections of atomic ions with the same electron affinity. AMS (MOS) Subject Classification. 70G75, 81V10, 81V55

研究动机与目标

• 确定C60的双电荷负离子的电子结构及其稳定性。
• 利用量子力学模型估算C60的第二电子亲和能。
• 分析C60^2−的光致电子剥离截面，并理解其阈值行为。
• 将C60^2−的光致电子剥离动力学与具有相似电子亲和能的原子离子进行比较。

提出的方法

• 采用变分法，构造由单电子波函数乘积组成的试探波函数。
• 使用狄拉克-泡状势阱模型和洛伦兹-泡状势阱模型，描述C60^2−中电子相关作用及电子-原子核相互作用。
• 通过计算体系的总能量，评估双电荷负离子的稳定性。
• 计算两个剥离步骤的光致电子剥离截面：C60^2− → C60^− 和 C60^− → C60。
• 分析截面的阈值行为，区分指数抑制与幂律发散的特征。
• 通过与具有相似电子亲和能的已知原子离子的光致电子剥离截面对比，验证结果的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 C60的双电荷负离子（C60^2−）是否支持稳定的束缚态？
• RQ2 C60的第二电子亲和能的估算值是多少？
• RQ3 C60^2−的光致电子剥离截面在阈值能量附近的行为如何？
• RQ4 首次和第二次光致电子剥离过程的阈值依赖性有何本质特征？
• RQ5 C60^2−的光致电子剥离截面与具有可比电子亲和能的原子离子在定量上如何比较？

主要发现

• 在第一近似下，C60^2−离子的总能量为负，表明该模型中存在稳定的束缚态。
• 基于变分能量计算，估算出C60的第二电子亲和能约为1 eV。
• 首次剥离过程（C60^2− → C60^−）的光致电子剥离截面在阈值附近表现出指数级小的特性。
• 第二次剥离过程（C60^− → C60）的光致电子剥离截面在阈值附近随光电子动能呈幂函数增长。
• 光致电子剥离截面的大小与具有相似电子亲和能的原子离子观测值相当。
• 该模型预测了截然不同的阈值行为，凸显了富勒烯中电子相关作用与势能结构的重要性。